在光纖通信技術(shù)飛速發(fā)展的當(dāng)下，光無源器件作為網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)暮诵慕M成部分，其性能穩(wěn)定性直接決定了通信系統(tǒng)的質(zhì)量。無論是光開關(guān)、耦合器還是濾波器，精準(zhǔn)的測(cè)試技術(shù)都是保障器件性能的關(guān)鍵。本文將系統(tǒng)闡述光無源器件的基本測(cè)試原理、核心參數(shù)、光源選擇及測(cè)量方案，為行業(yè)從業(yè)者提供全面的技術(shù)參考。

一、無源器件測(cè)試概述

光無源器件是指無需外部能源即可實(shí)現(xiàn)光信號(hào)控制與處理的元器件，常見的包括光開關(guān)、衰減器、熔融式耦合器、光波分多路復(fù)用器、環(huán)形器、光濾波器等。隨著全光網(wǎng)絡(luò)對(duì)帶寬需求的不斷提升，這些器件的市場(chǎng)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，對(duì)其性能測(cè)試的精準(zhǔn)度和效率提出了更高要求。

過程控制測(cè)試策略在無源器件生產(chǎn)中至關(guān)重要。在生產(chǎn)初期，需對(duì)每個(gè)產(chǎn)品進(jìn)行全面的光譜掃描以掌握性能基線；當(dāng)生產(chǎn)流程穩(wěn)定后，可通過高效的過程控制測(cè)試，僅針對(duì)關(guān)鍵測(cè)試點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)定期對(duì)成品抽樣進(jìn)行全光譜掃描，確保生產(chǎn)穩(wěn)定性。這種測(cè)試策略既能保證產(chǎn)品質(zhì)量，又能大幅提升生產(chǎn)效率。

光無源器件詮釋→《光無源器件原理、種類與應(yīng)用實(shí)踐》

二、核心測(cè)試參數(shù)及方法

①插入損耗測(cè)試

插入損耗是評(píng)估無源器件傳輸性能的基礎(chǔ)參數(shù)，用于判斷器件是否正常傳輸光信號(hào)。其測(cè)試原理基于輸入光功率與輸出光功率的比值計(jì)算。

測(cè)試步驟：第一步通過導(dǎo)入光纖測(cè)量光源的輸入光功率（Pin）；第二步保持光源和導(dǎo)入光纖不變，測(cè)量經(jīng)過被測(cè)器件（DUT）后的輸出光功率（Pout）。插入損耗的計(jì)算公式為：

該測(cè)試為相對(duì)測(cè)量，結(jié)果準(zhǔn)確性取決于儀表的穩(wěn)定性、線性度及連接的重復(fù)精度。測(cè)試裝置如圖 1 所示：

圖 1

在裸纖測(cè)量中，需使用精密切割機(jī)制作 90 度標(biāo)準(zhǔn)端面，通過光纖夾具確保測(cè)量重復(fù)性，必要時(shí)可采用積分球減少端面反射影響。若需構(gòu)建自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，光開關(guān)的引入需特別注意重復(fù)誤差控制，避免超出測(cè)試容限。

②隔離測(cè)試

隔離測(cè)試用于評(píng)估器件隔斷光通道的能力，本質(zhì)是一種特殊的損耗測(cè)試，重點(diǎn)關(guān)注信號(hào)的衰減效果。測(cè)試中需測(cè)量微弱信號(hào)的傳輸損耗，常用設(shè)備包括反向隔離器、環(huán)形器（反向通道）、處于阻塞狀態(tài)的鈮酸鋰光調(diào)制器、導(dǎo)向其他端口的光開關(guān)、最大設(shè)置的衰減器等。

對(duì)于光開關(guān)而言，隔離度是關(guān)鍵指標(biāo)，需確保非導(dǎo)通通道的光信號(hào)衰減達(dá)到設(shè)計(jì)要求。測(cè)試時(shí)需注意光源穩(wěn)定性和測(cè)量設(shè)備的靈敏度，避免反射光對(duì)結(jié)果產(chǎn)生干擾，必要時(shí)可在光路中加入隔離器消除反向影響。

③分光比測(cè)試

分光器、分接器等器件需通過分光比測(cè)試評(píng)估光信號(hào)分配性能。分光比通常為 50/50 至 99/1，高比例分配的器件常稱為分接器。測(cè)試方法為測(cè)量被測(cè)設(shè)備各端口的輸出光功率并計(jì)算比值，可采用雙功率計(jì)直接測(cè)量或通過光開關(guān)切換實(shí)現(xiàn)單功率計(jì)多端口測(cè)試，部分雙通道功率計(jì)可直接計(jì)算分光比。

測(cè)試裝置如圖 2 所示：

 圖 2

該測(cè)試同樣為相對(duì)測(cè)量，需保證光源穩(wěn)定性和連接重復(fù)性。對(duì)于熔接型分光器件，需特別注意偏振現(xiàn)象對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響，必要時(shí)結(jié)合偏振相關(guān)測(cè)試綜合評(píng)估。

④頻譜相關(guān)損耗測(cè)試

多數(shù)無源器件的損耗特性隨波長(zhǎng)變化，即存在頻譜相關(guān)損耗（WDL）。濾波器等器件需利用這種特性實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)選擇，而其他器件則需將 WDL 降至最低。測(cè)試方法為在窄波長(zhǎng)范圍內(nèi)測(cè)量插入損耗的變化量，要求光源和測(cè)量設(shè)備均為窄帶可調(diào)，需在動(dòng)態(tài)功率分布、測(cè)試速度與難度間尋找平衡。

窄帶濾波器的典型頻譜特性如圖 3 所示：

圖 3

波長(zhǎng)相關(guān)損耗測(cè)試裝置如圖 4 所示：

圖 4

測(cè)試時(shí)需使用可調(diào)諧激光器配合高精度功率計(jì)，通過掃描波長(zhǎng)范圍獲取損耗曲線，精準(zhǔn)捕捉器件的波長(zhǎng)響應(yīng)特性。

⑤偏振相關(guān)損耗測(cè)試

偏振相關(guān)損耗（PDL）是由于器件對(duì)不同偏振狀態(tài)的光反射特性不同而產(chǎn)生的損耗，常見于熔接型分光器、連接器及鈮酸鋰調(diào)制器等器件。測(cè)試需在改變偏振狀態(tài)的同時(shí)保持其他參數(shù)不變，測(cè)量最大與最小輸出光功率。

測(cè)試要點(diǎn)：偏振控制器需在合理時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生幾乎所有偏振狀態(tài)；確保偏振變化時(shí)輸入光功率穩(wěn)定，可通過隔離器避免反射光影響光源；使用積分球解決功率計(jì)對(duì)偏振敏感的問題。PDL 計(jì)算公式為：

測(cè)試裝置如圖 5 所示：

圖 5

三、光源選擇技術(shù)分析

①寬帶光源特性對(duì)比

理想寬帶光源應(yīng)具備平坦的光譜特性、抗反射干擾、隨機(jī)偏振及低成本等特點(diǎn)。實(shí)際應(yīng)用中需在功率、穩(wěn)定性與成本間權(quán)衡，常見寬帶光源包括鎢絲燈泡、側(cè)射型 LED（EELED）和 ASE 光源。

理想寬帶光源的光譜特性如圖 6 所示：

圖 6

鎢絲燈泡與單模光纖的連接方式如圖 7 所示：

圖 7

1550nm EELED 的光譜特性如圖 8 所示：

圖 8 

ASE 光源結(jié)構(gòu)如圖 9 所示：

圖 9

ASE 光源的光譜特性如圖 10 所示：

圖 10 

②窄帶光源技術(shù)特性

窄帶光源適用于器件波長(zhǎng)響應(yīng)特性測(cè)試，可分為固定波長(zhǎng)、手動(dòng)可調(diào)及電動(dòng)可調(diào)三種類型。理想窄帶光源應(yīng)具備功率集中、抗反射、低成本等特點(diǎn)。

理想窄帶光源的光譜特性如圖 11 所示：

圖 11 

常見窄帶光源類型包括：

1.      Fabry-Perot（FP）激光器：結(jié)構(gòu)如圖 12 所示，成本低，光譜寬度 2-4nm，多模輸出，適用于常規(guī)流程控制測(cè)試。

圖 12 

2.      分布式反饋（DFB）激光器：結(jié)構(gòu)如圖 13 所示，單模輸出，光譜寬度 < 1nm，可通過電流調(diào)節(jié)頻率至 GHz 水平，適用于模擬實(shí)際通信環(huán)境的測(cè)試。

圖 13

3.      外部腔激光器（ECL）：結(jié)構(gòu)如圖 14 所示，波長(zhǎng)可調(diào)范圍達(dá) 50+nm，光譜寬度 < 1pm，相干長(zhǎng)度長(zhǎng)，需配合隔離器使用。

圖 14 

三、測(cè)量設(shè)備選擇指南

①寬帶測(cè)量設(shè)備

寬帶測(cè)量設(shè)備需平等響應(yīng)所有波長(zhǎng)，理想特性包括平坦的光譜響應(yīng)、高效聚光能力、快速讀數(shù)及低成本。通信測(cè)試中常用半導(dǎo)體檢測(cè)器：

1.      鍺檢測(cè)器：成本較低，但在 1550nm 附近光譜響應(yīng)曲線陡峭，波長(zhǎng)相關(guān)誤差約 1%/nm。

2.      InGaAs 檢測(cè)器：1550nm 波段響應(yīng)平坦，波長(zhǎng)相關(guān)誤差 < 0.1%/nm，是通信無源器件測(cè)試的首選。

鍺和 InGaAs 檢測(cè)器的光譜響應(yīng)對(duì)比如圖 15 所示：

圖 15

②窄帶測(cè)量設(shè)備

窄帶測(cè)量設(shè)備用于分析功率隨波長(zhǎng)的變化特性，可通過功率計(jì)配合窄帶濾波器或光譜分析儀（OSA）實(shí)現(xiàn)。OSA 按原理分為 FP 干涉計(jì)、邁克遜干涉計(jì)和衍射光柵三類，其中衍射光柵在通訊 OSA 中應(yīng)用最廣泛。

三、實(shí)戰(zhàn)測(cè)試場(chǎng)景分析

①寬帶源與寬帶測(cè)量

該組合是插入損耗測(cè)試的常用方案，原理簡(jiǎn)單但無法提供波長(zhǎng)信息，可能遺漏波長(zhǎng)相關(guān)的工藝問題。波長(zhǎng)相關(guān)處理問題如圖 16 所示：

圖 16

②點(diǎn)測(cè)試策略

采用固定波長(zhǎng)激光器進(jìn)行定點(diǎn)損耗檢測(cè)，可平衡效率與成本。根據(jù)測(cè)試點(diǎn)數(shù)分為邊際測(cè)試和多點(diǎn)測(cè)試，如圖 17 所示：

如圖 17 

通過少量樣品的全光譜掃描驗(yàn)證測(cè)試點(diǎn)有效性，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)流程中的異常變化。

③電動(dòng)可調(diào)測(cè)試系統(tǒng)

基于 ECL 的電動(dòng)可調(diào)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)全光譜掃描，典型 ECL 光譜掃描如圖 19 所示：

圖 19

配合 OSA 使用可消除背景噪聲影響，擴(kuò)展動(dòng)態(tài)范圍，是高端無源器件研發(fā)與質(zhì)檢的核心設(shè)備。

光無源器件的測(cè)試技術(shù)直接關(guān)系到通信系統(tǒng)的性能穩(wěn)定性，從基礎(chǔ)的插入損耗到高精度的偏振相關(guān)損耗測(cè)試，每一項(xiàng)參數(shù)都需通過科學(xué)的方法和適配的設(shè)備進(jìn)行評(píng)估。作為光開關(guān)領(lǐng)域的專業(yè)企業(yè)，廣西科毅光通信科技有限公司（官網(wǎng)：www.m.rise-pj.com）始終以精準(zhǔn)測(cè)試為基石，通過完善的測(cè)試體系保障產(chǎn)品質(zhì)量。在全光網(wǎng)絡(luò)持續(xù)升級(jí)的背景下，掌握先進(jìn)的測(cè)試技術(shù)將成為企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力的重要組成部分，推動(dòng)光通信產(chǎn)業(yè)向更高性能、更高可靠性方向發(fā)展。